C語言的內存管理知識介紹

對於一個C語言程序而言，內存空間主要由五個部分組成代碼段()、數據段()、BSS段()，堆和棧組成，其中代碼段，數據段和BSS段是編譯的時候由編譯器分配的，而堆和棧是程序運行的時候由系統分配的。佈局如下

在上圖中，由編譯器分配的地址空間都是在連接的時候分配的，而運行時分配的空間是在程序運行時由系統分配的

BSS段：BSS段（bss segment）通常是指用來存放程序中未初始化的全局變量和靜態變量 （這裏注意一個問題：一般的書上都會説全局變量和靜態變量是會自動初始化的，那麼哪來的未初始化的變量呢？變量的初始化可以分為顯示初始化和隱式初始化，全局變量和靜態變量如果程序員自己不初始化的話的確也會被初始化，那就是不管什麼類型都初始化為0，這種沒有顯示初始化的就是我們這裏所説的未初始化。既然都是0那麼就沒必要把每個0都存儲起來，從而節省磁盤空間，這是BSS的主要作用）的一塊內存區域。BSS是英文Block Started by Symbol的簡稱。BSS段屬於靜態內存分配。 BSS節不包含任何數據，只是簡單的維護開始和結束的地址，即總大小，以便內存區能在運行時分配並被有效地清零。BSS節在應用程序的二進制映象文件中並不存在，即不佔用磁盤空間而只在運行的時候佔用內存空間，所以如果全局變量和靜態變量未初始化那麼其可執行文件要小很多。

數據段：數據段（data segment）通常是指用來存放程序中已初始化的全局變量和靜態變量的一塊內存區域。數據段屬於靜態內存分配，可以分為只讀數據段和讀寫數據段。字符串常量等，但一般都是放在只讀數據段中。

代碼段：代碼段（code segment/text segment）通常是指用來存放程序執行代碼的一塊內存區域。這部分區域的大小在程序運行前就已經確定，並且內存區域通常屬於只讀, 某些架構也允許代碼段為可寫，即允許修改程序。在代碼段中，也有可能包含一些只讀的常數變量，例如字符串常量等，但一般都是放在只讀數據段中。

堆（heap）：堆是用於存放進程運行中被動態分配的內存段，它的大小並不固定，可動態擴張或縮減。當進程調用malloc等函數分配內存時，新分配的內存就被動態添加到堆上（堆被擴張）；當利用free等函數釋放內存時，被釋放的內存從堆中被剔除（堆被縮減）

棧(stack)：棧又稱堆棧， 是用户存放程序臨時創建的局部變量，也就是説我們函數括弧“{}”中定義的`變量（但不包括static聲明的變量，static意味着在數據段中存放變量）。除此以外，在函數被調用時，其參數也會被壓入發起調用的進程棧中，並且待到調用結束後，函數的返回值也會被存放回棧中。由於棧的先進先出特點，所以棧特別方便用來保存/恢復調用現場。從這個意義上講，我們可以把堆棧看成一個寄存、交換臨時數據的內存區。注意：棧空間是向下增長的，每個線程有一個自己的棧，在Linux上默認的大小是8M，可以用ulimit查看和修改。

棧系統提供的功能，特點是快速高效，缺點是有限制，數據不靈活；而堆是函數庫提供的功能，特點是靈活方便，數據適應面廣泛，但是效率有一定降低。

Note: 一般編譯器和操作系統實現來説，對於虛擬地址空間的最低（從0開始的幾K）的一段空間是未被映射的，也就是説它在進程空間中，但沒有賦予物理地址，不能被訪問。這也就是對空指針的訪問會導致crash的原因，因為空指針的地址是0。至於為什麼預留的不是一個字節而是幾K，是因為內存是分頁的，至少要一頁；另外幾k的空間還可以用來捕捉使用空指針的情況。